二氧化鈦-氫氧化鋁-農(nóng)作物秸稈復(fù)合人造板的制備方法
【專利說明】
[0001]技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及農(nóng)作物秸桿資源化利用技術(shù)，特別涉及是一種秸桿復(fù)合人造板的制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】當(dāng)前，中國(guó)森林資源的供給量?jī)H占需求量的40%，這樣在一定程度上加劇了木材供給與需求之間的矛盾。木材資源短缺和供給緊張的狀況，嚴(yán)重限制了人造板加工企業(yè)的發(fā)展。目前，人造板企業(yè)面臨的最大難題是原料供不應(yīng)求，生產(chǎn)所用木材原料緊缺，其價(jià)格不斷攀升，給人造板生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)帶來了巨大壓力。另外，造紙工業(yè)所用原料木漿比例呈逐年上升趨勢(shì)，繼而加劇了造紙企業(yè)和人造板加工企業(yè)之間的原料競(jìng)爭(zhēng)。因此，合理開發(fā)木材替代產(chǎn)品、緩解木材供需矛盾迫在眉睫。農(nóng)作物秸桿是農(nóng)作物收獲后留下農(nóng)業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)品，其主要包括谷類作物秸桿、豆類秸桿、薯類作物秸桿、油科作物秸桿，以及麻類秸桿等。與森林資源相比，農(nóng)作物秸桿資源十分豐富，其化學(xué)成分有纖維素、半纖維素、木素、糖類、油脂物、蠟、硅、單寧、有機(jī)氮化物等物質(zhì)，農(nóng)作物秸桿中許多化學(xué)成分含量與木材基本相似。農(nóng)作物秸桿價(jià)廉易得，是替代木材，制造秸桿人造板的適宜原材料。
[0003]當(dāng)前，農(nóng)作物秸桿主要用作畜牧業(yè)飼料、造紙?jiān)?、還田肥料和有機(jī)肥料、食用菌栽培基、壓塊固體燃料、熱解制秸桿氣原料、厭氧發(fā)酵制沼氣原料。此外，農(nóng)作物秸桿也可用以制作生物質(zhì)炭和吸水樹脂。但上述工序所用秸桿量依舊有限，致使相當(dāng)比例的農(nóng)作物秸桿被就地焚燒，繼而造成了資源浪費(fèi)和空氣污染。目前，應(yīng)用農(nóng)作物秸桿制備的人造板主要有秸桿定向板、秸桿刨花板、秸桿纖維板和秸桿墻體板。以農(nóng)作物秸桿為原料，制備的秸桿人造板具有輕質(zhì)、保溫、隔音的優(yōu)點(diǎn)，但其防火阻燃性差，繼而限制了其廣泛應(yīng)用。
[0004]在秸桿人造板加工制作過程中，通常要進(jìn)行膠黏劑膠合和加熱擠壓成型，以提高其力學(xué)強(qiáng)度。但農(nóng)作物秸桿表面富含的蠟質(zhì)、硅和灰分組分，不利于其與脲醛樹脂、酚醛樹脂等膠粘劑膠合，致使秸桿人造板的力學(xué)強(qiáng)度低。為提高秸桿與脲醛樹脂、酚醛樹脂膠黏劑的膠合強(qiáng)度，通常對(duì)秸桿進(jìn)行機(jī)械粉碎、微波輻照、等離子體輻照、酸堿溶液浸泡等預(yù)處理。與傳統(tǒng)的酚醛、脲醛和三聚氰胺類樹脂膠黏劑相比較，異氰酸酯類膠黏劑可較好地與農(nóng)作物秸桿進(jìn)行膠合，并且異氰酸酯不含甲醛，其對(duì)人體健康潛在危害小。但異氰酸酯價(jià)格偏貴、且易于粘板，繼而制約了其在秸桿人造板生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。此外，在秸桿人造板生產(chǎn)過程中，若吸入霧化后的異氰酸酯，會(huì)引起呼吸系統(tǒng)疾病。因而，積極提升農(nóng)作物秸桿人造板的生產(chǎn)工藝、提高其使用性能，擴(kuò)大其生產(chǎn)規(guī)模，是進(jìn)一步推進(jìn)農(nóng)作物秸桿資源化利用的重要舉措。
[0005]專利CN104070591A公開了一種農(nóng)作物秸桿人造板的生產(chǎn)方法，其將秸桿切斷、粉碎，得到粗料和細(xì)料，然后以粗料為芯層、細(xì)料為表層，依次經(jīng)由施膠、鋪裝、預(yù)壓、熱壓以及后處理等工序過程，制得制得秸桿人造板。該專利技術(shù)實(shí)施較為繁瑣、制備成本偏高，并且其阻燃性能較差。專利CN200710054824.7提及了一種農(nóng)作物秸桿與木材混合制造人造板的方法，該技術(shù)首先將加工后木材與農(nóng)作物秸桿均勻混合，然后將木材與農(nóng)作物秸桿混合物用拌膠機(jī)施膠；然后對(duì)將施膠后的物料經(jīng)由鋪裝、預(yù)壓、預(yù)熱等工序制得到毛板，隨后對(duì)毛板進(jìn)行裁邊分割，得到秸桿與木材復(fù)合的人造板。采用該技術(shù)制備的人造板質(zhì)量好、力學(xué)強(qiáng)度高，但其仍然存在消耗森林木材的缺陷，并且秸桿與木材復(fù)合人造板的防火性能差。有研宄報(bào)道首先將農(nóng)作物秸桿壓制成低密度絕熱板，然后在其表面涂以水泥和石膏等阻燃涂層，制得秸桿墻體用人造板，其具有輕質(zhì)、阻燃和保溫的優(yōu)點(diǎn)。但該類秸桿墻體人造板的秸桿壓制層與水泥、石膏等涂層的結(jié)合強(qiáng)度低，繼而使其工程處置應(yīng)用性能差。在專利CN102343641A技術(shù)中，申請(qǐng)人首先將農(nóng)作物秸桿切斷干燥、并將其粉碎成粉末，之后用PVC樹脂將粉末包裹造粒，最后經(jīng)發(fā)泡、冷卻定型制得農(nóng)作物秸桿塑料復(fù)合人造板。采用該工藝制備的復(fù)合人造板力學(xué)強(qiáng)度高，但其耐火性能差；此外，秸桿粉碎工序中粉塵產(chǎn)生量大，對(duì)人體健康存在危害。
[0006]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的在于提供一種制備方法簡(jiǎn)單、具有高強(qiáng)輕質(zhì)、保溫阻燃、隔音降噪性能的二氧化鈦-氫氧化鋁-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板制備方法。本發(fā)明主要是以鈦酸四丁酯、乙酰丙酮、氫氧化鋁、磷酸、N，N-二甲基乙酰胺、無水乙醇和農(nóng)作物秸桿為原料，將氫氧化鋁乳濁液浸涂于農(nóng)作物秸桿表面，通過烘干、壓制、二氧化鈦溶膠液浸漬強(qiáng)化、以及熱處理工序，制備出二氧化鈦-氫氧化鋁-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板。二氧化鈦和氫氧化鋁是綜合性能優(yōu)良的陶瓷材料，其耐高溫性能優(yōu)良、物理化學(xué)性能穩(wěn)定，并且其保溫隔熱性能優(yōu)良、防火阻燃性能優(yōu)異。
[0007]本發(fā)明的制備方法如下:
[0008]1、農(nóng)作物秸桿的預(yù)處理:
[0009]首先剪掉農(nóng)作物秸桿表面殘留的葉子，然后對(duì)秸桿進(jìn)行裁剪，使秸桿長(zhǎng)度介于35?45cm之間；之后對(duì)裁剪后的秸桿進(jìn)行烘干處理，烘干溫度為70?80°C，烘干時(shí)間為4 ?6h ;
[0010]2、氫氧化鋁乳濁液的配制:
[0011]⑴所用原料:
[0012]所用原料包括:氫氧化鋁粉末、磷酸、N, N- 二甲基乙酰胺、無水乙醇；所述氫氧化鋁粉末的粒徑為1.0 μπι，所述磷酸的質(zhì)量百分濃度為85% ;上述四種原料用量有如下質(zhì)量比例關(guān)系:氫氧化鋁:磷酸:N，N-二甲基乙酰胺:無水乙醇=9?12:7?10:6?9:2?3 ；
[0013](2)配制過程:
[0014]將N，N-二甲基乙酰胺倒入容器中，加入質(zhì)量百分濃度為85%的磷酸，用玻璃棒攪拌使N，N- 二甲基乙酰胺和磷酸混合均勻；然后將氫氧化鋁粉末加入到N，N- 二甲基乙酰胺-磷酸混合溶液中，用玻璃棒攪拌使氫氧化鋁粉末在混合溶液中被充分混勻，再將無水乙醇加入到混合溶液中，并用玻璃棒攪拌使混合溶液中各組分混合均勻；然后將盛有混合溶液的容器置于超聲波處理器中進(jìn)行超聲波處理lOmin，超聲波頻率為40kHz，超聲波水浴的溫度為20?30°C ;將容器從超聲波處理器中取出后置于60?70°C水浴中靜置脫泡10?15min，制得氫氧化鋁乳濁液；
[0015]3、二氧化鈦溶膠液的配制
[0016](I)所用原料:
[0017]所用原料包括:鈦酸四丁酯、乙酰丙酮、蒸餾水、無水乙醇，其用量有如下質(zhì)量比例關(guān)系:鈦酸四丁酯、乙酰丙酮、蒸餾水、無水乙醇=30?35:12?15:16?20:110?115 ；
[0018](2)配制過程:
[0019]取上述無水乙醇量的14.5%?17.4%，與蒸餾水等質(zhì)量混合，攪拌均勻，配制成乙醇水溶液；將乙酰丙酮放入容器中，再將鈦酸四丁酯緩慢滴加到乙酰丙酮溶劑中，攪拌使乙酰丙酮和鈦酸四丁酯混合均勻；將上述配制的乙醇水溶液緩慢滴加到乙酰丙酮和鈦酸四丁酯混合溶液中，乙醇水溶液加入過程中混合溶液應(yīng)緩慢攪拌；待乙醇水溶液加入完畢，再將用于配制乙醇水溶液剩余的無水乙醇加入到混合溶液中，混合溶液緩慢攪拌4?6h后，再靜置、沉化72h，制得二氧化鈦溶膠液；
[0020]4、二氧化鈦-氫氧化鋁-農(nóng)作物秸桿復(fù)合人造板的制備:
[0021](I)首先將步驟I裁剪處理后的農(nóng)作物秸桿放入步驟2配制的氫氧化鋁乳濁液中浸泡30?60s后，將其從氫氧化鋁乳濁液中取出，將其整齊地放置于表面潔凈的玻璃板上，并依據(jù)需要鋪裝成秸桿層，并將其于室溫下晾置3?5h ;
[0022](2)將上述晾置后的秸桿層連同玻璃板置于烘箱中于100°C溫度下烘干處理2?4h ;然后于130°C溫度下烘干處理30?45min ;之后將秸桿層從烘箱中取出，并迅速對(duì)秸桿層進(jìn)行壓制處理，壓制壓力為3?5MPa，壓制溫度為室溫，壓制時(shí)間為5?lOmin，秸桿層厚度縮減為未壓制前鋪裝厚度的40%?35% ;
[0023](3)將上述壓制處理后的秸桿層置于步驟3配制的二氧化鈦溶膠液中浸泡3?5min，然后將其從二氧化鈦溶膠液取出，瀝凈殘留的溶膠液，再將其置于烘箱中進(jìn)行烘干處理，烘干處理溫度為80?90°C、烘干時(shí)間